In unserem Institut wurde in vorangegangenen Studien der Nachweis für die Präsenz des Natrium-Glukose-Kotransporters (SGLT-1) im Pansenepithel von Schafen sowohl auf molekularbiologischer als auch auf funktioneller Ebene erbracht. Im Dünndarm von Monogastriern und Wiederkäuern hängt die Aktivität des SGLT-1 im Wesentlichen vom phylogenetischen Ernährungstyp (Wiederkäuer: Konzentrat-selektierer oder Rauhfutterkonsumenten), vom aktuellen Substratangebot und der Beeinflussung durch stoffwechselaktive Hormone ab. Es ist bekannt, dass bei vermehrter Aufnahme leicht verdaulicher Kohlenhydrate die Präsenz des intestinalen SGLT-1 erhöht ist. Eine Stimulation des SGLT-1 durch den intrazellulären Messenger cAMP ist beschrieben. Im Rattendünndarm wurde eine cAMP-vermittelte Erhöhung der Glukoseaufnahme durch pankreatisches Glukagon 29, enterisches Glukagon 37 und Adrenalin nachgewiesen. Die vorliegenden In-vitro- Studien am Pansenepithel waren der Frage gewidmet, inwiefern sich die bisher am Dünndarm untersuchten Regulationswege auf den ruminalen SGLT-1 übertragen lassen. Dies betraf im Einzelnen: - Phylogenetische Unterschiede bei der ruminalen SGLT-1-Aktivität zwischen verschiedenen Ernährungstypen (Schaf, Damwild) - Regulation des SGLT-1 durch kurzfristige Änderungen des Substratangebots - Steigerung der Glukoseaufnahme durch Hormone (Katecholamine u. Glukagon), Die Studien wurden mittels einer modifizierten Ussing-Kammer-Technik durchgeführt. Von Schafen und Damwild wurde die Tunica mucosa der Pansenepithelien präpariert und in Ussing-Kammern inkubiert. Nach einer einminütigen mukosalen Inkubation mit D-Glukose (einschließlich 14C-markierter Glukose) erfolgte die Bestimmung der Glukosekonzentration im Epithelzelllysat mittels Szintillationszählung der radioaktiv markierten Glukose. Der Einfluss verschiedener Substanzen auf die Glukoseaufnahme wurde durch entsprechende Vorinkubation untersucht. Es konnten folgende Befunde erhoben werden: - Die ruminale Glukoseaufnahme bei einer mukosalen Glukosekonzentration von 200 µM erfolgt bei Schafen zu ca. 60 % über den SGLT-1, bei Damwild betrug dieser Anteil nur etwa 25 %. - Eine mehrstündige Erhöhung des mukosalen Glukoseangebotes auf 10 mM resultierte in einer ca. 50%igen Steigerung der SGLT-1-vermittelten Glukoseaufnahme beim Schaf. - Die Hormone Glukagon 37 und Adrenalin bewirkten am Schafspansen eine deutliche Steigerung der SGLT-1-vermittelten Glukoseaufnahme. Glukagon 29 hatte einen geringen Effekt, während Noradrenalin die Glukoseaufnahme nicht nachweisbar beeinflusste. - Im Rahmen einer detaillierteren Charakterisierung des Adrenalineffektes konnte eine Stimulation des SGLT-1 auch durch den -Rezeptoragonist Isoproterenol und den 2-spezifischen Agonisten Terbutalin ausgelöst werden. Andere rezeptorspezifische Agonisten (alpha-1, alpha-2, beta-1 und beta-3) hatten keinen Einfluss. Schlussfolgernd lässt sich postulieren, dass der SGLT-1 bei Schafen der bedeutendste Transportmechanismus für die ruminale Glukoseaufnahme ist und bei Damwild im Gegensatz zu den vom Dünndarm bekannten Verhältnissen eine untergeordnete Rolle spielt. Eine Steuerung ist ähnlich wie im Dünndarm sowohl durch erhöhtes Glukoseangebot als auch durch Erhöhung der intrazellulären cAMP-Konzentration möglich. Die Hormone Adrenalin und Glukagon 37 stimulieren die Glukoseaufnahme in den getesteten Konzentrationen signifikant. Der Signalweg der Adrenalin-vermittelten Stimulation verläuft über Aktivierung der Adenylatzyklase und Proteinkinase A. Dafür scheint ein beta-2-Rezeptor im Pansenepithel verantwortlich zu sein. Die praktische Relevanz der untersuchten Stimulierbarkeit des SGLT-1 könnte in vivo in der schnellen Entfernung überschüssiger Glukosemengen aus dem Vormagen liegen, um eventuell einer bakteriellen Dysfermentation im Pansen entgegenzusteuern. / Recent studies evidenced the presence of the sodium / glucose cotransporter, SGLT-1, in ruminal epithelia of sheep and showed its ability to absorb glucose. Concerning the possibility of regulation of SGLT-1, the influence of substrate concentration has been reported in other tissues. There are phylogenetic adaptions according to the feeding habits of different ruminants (grass and roughage consumer, intermediate mixed feeder and concentrate selectors) and the possibility to short-term adaption in response to the availability of easely fermentable carbohydrates. Furthermore, some hormones are known to stimulate glucose uptake. The important role of cyclic AMP (cAMP) as an intracellular mediator and stimulator of glucose uptake is well described. There is evidence for the influence of hormones stimulating the SGLT-1 by rising the cAMP level. Stimulation of intestinal glucose uptake occured after preincubation with pancreatic glucagon (glucagon 29), enteric glucagon (glucagon 37) and epinephrine in the rat small intestine. To proove whether the regulatory priciples of the intestinal SGLT-1 apply also to the SGLT-1 in the ruminant forestomach, the heredescribed studies addressed the following topics: -Quantification of SGLT-1-mediated glucose uptake in the rumen of ruminants with different feeding habits (sheep vs. fallow deer) -Short-term regulation of glucose uptake by substrate availability -Modulation of glucose uptake by hormones with stimulatory effects on cAMP level Glucose uptake studies were performed in vitro using a modified Ussing chamber technique. Ruminal epithelia were incubated on the mucosal side with glucose (including 50 kBq 14C-glucose) for 1 min. Glucose content of the lysed epithelia was measured by scintillation counting. The influence of certain substances on glucose uptake was investigated by preincubation with these substances either on the serosal, mucosal or both sides of the epithelia. RESULTS - Ruminal glucose absorption in sheep is mediated to approximately 60 % by SGLT-1, whereas the SGLT-1 of fallow deer transports only 25 % of the glucose (at a mucosal glucose concentration of 200 µM). - After mucosal preincubation with 10 mM glucose for several hours, the SGLT-1-mediated glucose uptake of sheep rumen raised up to 150 %. - The hormones glucagon 37 and epinephrine increased SGLT-1-mediated glucose transport in the sheep rumen. A minor stimulation was also observed after addition of glucagon 29, whereas norepinephrine had no effect on glucose uptake. - The effect of epinephrine was characterized in detail. It could be simulated by using the beta-receptoragonist isoproterenol as well as the beta-2-receptor agonist terbutaline. No effect was observed with alpha-1-, alpha-2-, beta-1- and beta-3-receptor agonists. These results lead to the following conclusions: SGLT-1 is the most important transport mechanism for ruminal glucose uptake in sheep. In contrast to the high SGLT-1-activity in the intestine of fallow deer, there is only a minor relevance in the rumen of this species. A fast significant stimulation of the ruminal SGLT-1 of sheep in vitro is possible by rising glucose supply and serosal addition of epinephrine and glucagon 37 in the tested concentrations. Glucagon 29 and norepinephrine had no effect on SGLT-1 under the used experimental conditions. The intracellular signalling of the epinephrine action involves the pathway via adenylate cyclase and protein kinase A. The investigated effect of epinephrine is mediated by beta-2-adrenoceptors. The priciples of regulation of the ruminal SGLT-1 are similar to the intestine. Perhaps, in vivo, up-regulation of glucose absorption by substrates and hormones is important for a fast removal of excess glucose from rumen to prevent dysfermentation.

In unserem Institut wurde in vorangegangenen Studien der Nachweis für die Präsenz des Natrium-Glukose-Kotransporters (SGLT-1) im Pansenepithel von Schafen sowohl auf molekularbiologischer als auch auf funktioneller Ebene erbracht. Im Dünndarm von Monogastriern und Wiederkäuern hängt die Aktivität des SGLT-1 im Wesentlichen vom phylogenetischen Ernährungstyp (Wiederkäuer: Konzentrat-selektierer oder Rauhfutterkonsumenten), vom aktuellen Substratangebot und der Beeinflussung durch stoffwechselaktive Hormone ab. Es ist bekannt, dass bei vermehrter Aufnahme leicht verdaulicher Kohlenhydrate die Präsenz des intestinalen SGLT-1 erhöht ist. Eine Stimulation des SGLT-1 durch den intrazellulären Messenger cAMP ist beschrieben. Im Rattendünndarm wurde eine cAMP-vermittelte Erhöhung der Glukoseaufnahme durch pankreatisches Glukagon 29, enterisches Glukagon 37 und Adrenalin nachgewiesen. Die vorliegenden In-vitro- Studien am Pansenepithel waren der Frage gewidmet, inwiefern sich die bisher am Dünndarm untersuchten Regulationswege auf den ruminalen SGLT-1 übertragen lassen. Dies betraf im Einzelnen: - Phylogenetische Unterschiede bei der ruminalen SGLT-1-Aktivität zwischen verschiedenen Ernährungstypen (Schaf, Damwild) - Regulation des SGLT-1 durch kurzfristige Änderungen des Substratangebots - Steigerung der Glukoseaufnahme durch Hormone (Katecholamine u. Glukagon), Die Studien wurden mittels einer modifizierten Ussing-Kammer-Technik durchgeführt. Von Schafen und Damwild wurde die Tunica mucosa der Pansenepithelien präpariert und in Ussing-Kammern inkubiert. Nach einer einminütigen mukosalen Inkubation mit D-Glukose (einschließlich 14C-markierter Glukose) erfolgte die Bestimmung der Glukosekonzentration im Epithelzelllysat mittels Szintillationszählung der radioaktiv markierten Glukose. Der Einfluss verschiedener Substanzen auf die Glukoseaufnahme wurde durch entsprechende Vorinkubation untersucht. Es konnten folgende Befunde erhoben werden: - Die ruminale Glukoseaufnahme bei einer mukosalen Glukosekonzentration von 200 µM erfolgt bei Schafen zu ca. 60 % über den SGLT-1, bei Damwild betrug dieser Anteil nur etwa 25 %. - Eine mehrstündige Erhöhung des mukosalen Glukoseangebotes auf 10 mM resultierte in einer ca. 50%igen Steigerung der SGLT-1-vermittelten Glukoseaufnahme beim Schaf. - Die Hormone Glukagon 37 und Adrenalin bewirkten am Schafspansen eine deutliche Steigerung der SGLT-1-vermittelten Glukoseaufnahme. Glukagon 29 hatte einen geringen Effekt, während Noradrenalin die Glukoseaufnahme nicht nachweisbar beeinflusste. - Im Rahmen einer detaillierteren Charakterisierung des Adrenalineffektes konnte eine Stimulation des SGLT-1 auch durch den -Rezeptoragonist Isoproterenol und den 2-spezifischen Agonisten Terbutalin ausgelöst werden. Andere rezeptorspezifische Agonisten (alpha-1, alpha-2, beta-1 und beta-3) hatten keinen Einfluss. Schlussfolgernd lässt sich postulieren, dass der SGLT-1 bei Schafen der bedeutendste Transportmechanismus für die ruminale Glukoseaufnahme ist und bei Damwild im Gegensatz zu den vom Dünndarm bekannten Verhältnissen eine untergeordnete Rolle spielt. Eine Steuerung ist ähnlich wie im Dünndarm sowohl durch erhöhtes Glukoseangebot als auch durch Erhöhung der intrazellulären cAMP-Konzentration möglich. Die Hormone Adrenalin und Glukagon 37 stimulieren die Glukoseaufnahme in den getesteten Konzentrationen signifikant. Der Signalweg der Adrenalin-vermittelten Stimulation verläuft über Aktivierung der Adenylatzyklase und Proteinkinase A. Dafür scheint ein beta-2-Rezeptor im Pansenepithel verantwortlich zu sein. Die praktische Relevanz der untersuchten Stimulierbarkeit des SGLT-1 könnte in vivo in der schnellen Entfernung überschüssiger Glukosemengen aus dem Vormagen liegen, um eventuell einer bakteriellen Dysfermentation im Pansen entgegenzusteuern. / Recent studies evidenced the presence of the sodium / glucose cotransporter, SGLT-1, in ruminal epithelia of sheep and showed its ability to absorb glucose. Concerning the possibility of regulation of SGLT-1, the influence of substrate concentration has been reported in other tissues. There are phylogenetic adaptions according to the feeding habits of different ruminants (grass and roughage consumer, intermediate mixed feeder and concentrate selectors) and the possibility to short-term adaption in response to the availability of easely fermentable carbohydrates. Furthermore, some hormones are known to stimulate glucose uptake. The important role of cyclic AMP (cAMP) as an intracellular mediator and stimulator of glucose uptake is well described. There is evidence for the influence of hormones stimulating the SGLT-1 by rising the cAMP level. Stimulation of intestinal glucose uptake occured after preincubation with pancreatic glucagon (glucagon 29), enteric glucagon (glucagon 37) and epinephrine in the rat small intestine. To proove whether the regulatory priciples of the intestinal SGLT-1 apply also to the SGLT-1 in the ruminant forestomach, the heredescribed studies addressed the following topics: -Quantification of SGLT-1-mediated glucose uptake in the rumen of ruminants with different feeding habits (sheep vs. fallow deer) -Short-term regulation of glucose uptake by substrate availability -Modulation of glucose uptake by hormones with stimulatory effects on cAMP level Glucose uptake studies were performed in vitro using a modified Ussing chamber technique. Ruminal epithelia were incubated on the mucosal side with glucose (including 50 kBq 14C-glucose) for 1 min. Glucose content of the lysed epithelia was measured by scintillation counting. The influence of certain substances on glucose uptake was investigated by preincubation with these substances either on the serosal, mucosal or both sides of the epithelia. RESULTS - Ruminal glucose absorption in sheep is mediated to approximately 60 % by SGLT-1, whereas the SGLT-1 of fallow deer transports only 25 % of the glucose (at a mucosal glucose concentration of 200 µM). - After mucosal preincubation with 10 mM glucose for several hours, the SGLT-1-mediated glucose uptake of sheep rumen raised up to 150 %. - The hormones glucagon 37 and epinephrine increased SGLT-1-mediated glucose transport in the sheep rumen. A minor stimulation was also observed after addition of glucagon 29, whereas norepinephrine had no effect on glucose uptake. - The effect of epinephrine was characterized in detail. It could be simulated by using the beta-receptoragonist isoproterenol as well as the beta-2-receptor agonist terbutaline. No effect was observed with alpha-1-, alpha-2-, beta-1- and beta-3-receptor agonists. These results lead to the following conclusions: SGLT-1 is the most important transport mechanism for ruminal glucose uptake in sheep. In contrast to the high SGLT-1-activity in the intestine of fallow deer, there is only a minor relevance in the rumen of this species. A fast significant stimulation of the ruminal SGLT-1 of sheep in vitro is possible by rising glucose supply and serosal addition of epinephrine and glucagon 37 in the tested concentrations. Glucagon 29 and norepinephrine had no effect on SGLT-1 under the used experimental conditions. The intracellular signalling of the epinephrine action involves the pathway via adenylate cyclase and protein kinase A. The investigated effect of epinephrine is mediated by beta-2-adrenoceptors. The priciples of regulation of the ruminal SGLT-1 are similar to the intestine. Perhaps, in vivo, up-regulation of glucose absorption by substrates and hormones is important for a fast removal of excess glucose from rumen to prevent dysfermentation.